湖底超长建筑结构设计研究 本文关键词：湖底，结构设计，建筑，研究
湖底超长建筑结构设计研究 本文简介：摘要扬州荷花池地下车库是全国为数不多的湖底超长、超大建筑，为解决扬州市区停车难和土地资源紧张而建。由于工程位于湖底，所以底板、侧墙、顶板防裂措施和现场施工措施对建筑物防渗防水起到决定性作用。工程具有合理利用土地、节省整体项目造价、绿色节能等特点和效果，可供类似工程参考。关键词湖底建筑；防水防裂措施；
湖底超长建筑结构设计研究 本文内容：
摘要扬州荷花池地下车库是全国为数不多的湖底超长、超大建筑，为解决扬州市区停车难和土地资源紧张而建。由于工程位于湖底，所以底板、侧墙、顶板防裂措施和现场施工措施对建筑物防渗防水起到决定性作用。工程具有合理利用土地、节省整体项目造价、绿色节能等特点和效果，可供类似工程参考。
关键词湖底建筑；防水防裂措施；大体积混凝土；施工措施
1工程概述
江苏省扬州市文昌阁所在的老城区交通拥堵严重，其中苏北地区最大的综合性三级甲等医院苏北医院又在其中扮演了重要角色。由于医院内部停车设施不足，车辆在医院门前滞留，导致周边道路拥堵异常。通过前期调查和分析，苏北医院及周边地区需要配建1500个机动车位和3500个非机动车位。医院内部通过挖潜改造，仅解决了400个机动车位，因此需建造一停车场，以解决停车难题。为将周边环境影响和建筑用地成本降到最低，市领导、规划、园林以及文物保护部门经多次沟通，最终决定在扬州荷花池公园内的荷花池湖底建造总建筑面积30942m2，可停放700辆机动车的特大型车库（见图1）。从周边市政道路和公园岸边算起地下车库设计埋深12.4~13.9m，为地下2层，局部地下3层，出地面建筑1层。建造完成后对所有湖岸线进行修复，基本保证与原湖岸线一致，出地面楼梯、电梯间整体建筑风格与荷花池已有的建筑风格亦保持一致。原荷花池湖心亭有1组仿古建筑，建于20世纪90年代；本车库工程完工后，将该建筑移回或按照原图复原。车库顶板上面覆盖种植土，保持原有湖面生态植物满足荷花及其他水生植物的生长要求，同时保证地下车库顶板至水面至少1.8m，以供游船的通行需求。
2结构选型及基础方案
2.1结构选型
工程抗震设防烈度为7度，地震加速度为0.15g[1]，建筑场地为Ⅲ类，场地属于建筑抗震不利地段；基本风压为0.4kN/m2，基本雪压为0.35kN/m2[2]，地下车库2层局部设置人防，战时为人防汽车库；人防抗力等级为核6B、常6级。建筑平面主要跨度为8.1m×8.4m。在抗浮水位方面，荷花池连接瘦西湖，为城市泄洪通道，根据扬州市的区域水文地质资料，荷花池的平均水位5.02m（黄海高程），除去2008年因受沿山河泄洪受阻的影响，水位最高为5.70m，但仅维持了4h。其余年份最高水位均低于5.20m。现城市的防洪水位为5.40m，因此设计抗浮水位取值为绝对标高5.40m（黄海高程）。基础底板设计水浮力达到90~122kN/m2。工程上部结构选型采用框架结构。因为框架结构具有能根据使用要求灵活布置分隔、构件标准化、施工速度快、节约材料等优点，非常符合地下车库的建筑使用要求。地下车库外围护和挡土墙为混凝土挡墙；出水面以上出入口及部分配套建筑采用框架结构，均嵌固于地下室顶板处。经对多个已建项目的无梁楼盖和梁板式楼盖工程防水效果的对比，地下室顶板最终采用结构自防水效果较好的梁板式结构。
2.2基础方案
基础采用筏板基础形式（考虑到抗浮自重作用，未采用梁筏或柱墩形式），根据冲切计算和变形计算结果，筏板厚1.05~1.20m[3]。在使用阶段，主体采用抗拔桩抗浮，桩型根据地质条件采用φ800mm的钻孔灌注桩。持力层为第⑤层粉砂、细砂夹粉土和薄层粉质黏土，进入持力层1~2m，桩长13m，单桩抗拔承载力600kN。考虑桩基地下室抗浮受力的特性，选用满堂均匀布置，对于局部开敞处增加抗拔桩。
3设计难点及结构措施
3.1设计难点
地下车库为超长结构，东西向长139m，南北向长132m，均超过混凝土结构最大间距要求[4]。主要设计难点在于：（1）建筑使用功能的要求和建筑物地理位置的特殊性（湖底建筑）使其无法设置永久变形缝，因此结构设计时地下室整体布置不设缝。（2）如何解决底板、顶板大体积混凝土封带浇筑后的温度应力的影响。
3.2结构技术措施
为保证施工和运营期间尽量不产生裂缝，在设计和施工方面采取了以下结构措施：（1）建筑防水等级设计为一级，增加1道建筑防水做法，设计抗渗等级为P8[5]。（2）为增加结构构件自防水能力，地下室顶板厚300mm，地下室外墙厚500mm，底板厚1050mm。底板、顶板配筋双层双向拉通，并在地下室顶板内设置无黏结预应力钢筋。（3）对地下室外墙、顶板、顶板梁均按裂缝ωmax≤0.2mm进行控制配筋。（4）为保证施工质量与防止后期后浇带产生贯通裂缝，采用加强带或后浇带处理混凝土超长结构部分温度应力。（5）为减少温度应力影响，地下室底板、侧墙、顶板混凝土内掺入高性能膨胀剂。（6）地下室顶板结构梁、板配筋考虑温度作用影响。温差主要由混凝土收缩引起。计算得到混凝土的最终收缩量εy(∞)=2.46×10-4mm/mm（按照王铁梦《工程结构裂缝控制》计算）[6]，考虑混凝土封闭前收缩量约为70%和混凝土中高性能膨胀剂的影响，最终的混凝土剩余收缩量εye(∞)=2.46×10-4—2.00×10-4=0.46×10-4mm/mm；收缩变形转换为可（7）浇灌混凝土时要求尽可能在较低的环境温度中进行，避免高温入模和钢筋胀曲现象；加强施工养护措施，避免现场太阳直射和注意防风；在浇灌6h后，覆盖塑料薄膜和草袋，并浇水或喷雾保湿养护，防止混凝土表面失水干燥和降温[7]。（8）对于施工过程中及验收后发现的少量裂缝，可采取化学灌浆等方法处理。
4结构施工难点及处理方案
4.1结构施工难点
为防止混凝土裂缝及贯通施工缝的产生，原图纸设计采用设置“连续式加强带”的方式，一次性整体浇筑。但实际上有如下情况难以解决：（1）本工程位于市中心，临近城市道路，拥堵情况较重，现场最多只能停放3台汽车泵，浇筑西侧时只能使用2台汽车泵，很难应对原设计加强带所带来不断变更混凝土标号的要求。现场场地狭窄，没有场地作为浇筑蓄车场，一旦早晚高峰产生堵车，混凝土浇筑时间间隔过长可能导致混凝土底板和顶板出现冷缝，容易造成混凝土渗漏的隐患；而且工地周边紧邻居民区，长时间浇筑混凝土极为扰民。（2）如果一次性浇筑底板混凝土，需7天7夜，持续时间长；如果再遇上大雪严寒天（底板施工时正好是当地最为严寒时期）：后面混凝土还未振实，前面混凝土已经冻结。遇上这样的情况，势必要暂停施工。这对混凝土防水质量危害最大。一旦暂停施工，由于底板厚、钢筋密集，再浇筑时的施工缝处理非常麻烦，所以就容易产生混凝土渗漏。（3）如底板和顶板采用后浇带释放部分温度应力，存在以下问题和隐患：①后封间隔时间较长，带内建筑垃圾杂物较多，由于底板钢筋较粗、较密，再加上附加筋，所以清理工作十分艰难；若清理不干净，势必产生渗漏的隐患。②后浇带贯穿整个地下室，所到之处遇梁断梁、遇墙断墙、遇板断板，后浇带封带时两侧应按施工缝处理，施工极为麻烦，而且由于浇筑时间差的存在，原混凝土的干缩大多已于封带前完成，因此后浇带内混凝土的干缩很可能在新老混凝土的连接处产生，容易造成渗漏。③地下室底板、侧墙浇筑后，基坑围护换撑时要拆除第2道支撑，届时底板将成为整个基坑围护的底部支撑，但后浇带又将底板分成若干块，换撑时有可能造成底板水平承载力不足，影响底板和基坑安全。（4）由于施工工期十分紧张，故底板和顶板采取一次性浇筑。这样整个底板必须整体开挖、整体绑扎钢筋、整体浇筑混凝土，不能形成流水施工，对于工期不利。
4.2施工处理方案
由于现场存在上述问题，所以大体积混凝土的变形作用、温度收缩应力就成为主要问题，荷载效应退居第2位。地下工程在施工阶段所承受的温差和湿差最大，待结构封闭回填后，承受的温差和湿差都较小，因此应采用“先放后抗”的原则。后浇带与跳仓法施工的原理与“先放后抗”的原理较为一致。经过与施工单位协商，并借鉴上海人民广场地铁站367m超长地下工程等成功实例，最终确定采用“跳仓法”施工工艺，并在其基础上增设分仓间歇式加强带。具体施工工艺如下：（1）根据工程平面情况、施工进度要求、规范要求、人员材料配备情况、混凝土配比、性能及供应情况确定混凝土的分块，确保流水施工及每块混凝土有足够的间歇，间歇时间不得少于7d。（2）跳仓法施工板块长宜40m左右，但本工程由于施工工期和场地等原因无法分割成适合的长度，因此依据现场施工作业面及土方完成情况，底板、墙板和顶板均分仓划分最长70m为一仓，每仓30m左右设置1条普通加强带，以解决板块过长产生的收缩问题。混凝土施工按数字顺序依次进行流水施工（见图2）。（3）设置的间歇式加强带随跳仓施工缝位置布在后浇混凝土一侧。加强带与后浇筑的混凝土应同时浇筑。施工缝应避开集水坑、桩头、电梯井等。图2斜线阴影部分为分仓间歇式加强带，实线表示施工缝，仓内填充为普通加强带。（4）基础底板加强养护和检测措施。采用无线测温系统自动监测混凝土底板不同厚度处的温度变化情况。每隔1min不间断自动记录测点温度并绘制曲线，随时监测底板的内外温差与平均降温速率，并根据监测情况，随时调整底板的保温养护措施。（5）顶板施工完成，待混凝土达到设计强度，无黏结预应力张拉前进行顶板蓄水试验。对于出现的渗漏点进行高压注浆处理，以便在建筑防水施工前消除一切渗漏隐患。（6）施工缝留设。地下室底板采用跳仓法，施工后的施工缝处水平向采用300mm×3mm止水钢板，并加做防水附加层。每道施工缝均在断面处加12mm钢筋焊接网架，用以支持密目钢丝网。网架钢筋水平支撑间距250mm，立杆间距300mm。外墙、顶板每道施工缝处加12mm钢筋焊接网架，用以支持密目钢丝网，间距300mm（见图3）。
5结语
超长地下室或湖底大体积混凝土地下建筑，随着混凝土强度的不断提高，混凝土结构变形效应引起的裂缝也随之增加。在大体积混凝土结构中，超长体系和对防水要求极高的湖底建筑的防裂设计和防裂施工措施是设计的难点，同时也是设计的重点。本工程地下车库已竣工，并已投入正常使用1年多。根据使用方和现场施工单位提供的信息来看，基础底板和顶板未发现渗漏和裂缝，仅在裂缝出现概率最高的混凝土外墙处存在极小的非结构裂缝。对于大底盘和超大、超长型地下室，因建筑功能要求无法设置永久变形缝的工程项目，设计根据现场实际情况取消温度后浇带；积极的配合施工单位，合理采用“跳仓法+间歇式加强带”的施工工艺也是一种有效控制裂缝的措施，为超长地下室无缝设计提供了有力的实践依据。本项目合理利用地下空间，无居民或商业动拆迁问题，综合建造成本较低；地下车库位于湖底，具有冬暖夏凉的特点，运营成本也有一定的节省，为用地紧张区域合理用地提供了一种经济、可行的设计方案。
参考文献：
[1]建筑抗震设计规范：GB50011—2010[S].
[2]建筑结构荷载规范：GB50009—2012[S].
[3]建筑地基基础设计规范：GB50007-2011[S].
[4]混凝土结构设计规范：GB50010—2010[S].
[5]地下工程防水技术规范：GB50108—2008[S].
[6]王铁梦.工程结构裂缝控制[M].北京：中国建筑工业出版社，2006.
[7]大体积混凝土施工规范：GB50496—2009[S].
作者：奚华 单位：上海林同炎李国豪土建工程咨询有限公司
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